發(fā)芽糙米的富硒及其微波干燥與擠壓膨化工藝優(yōu)化

何 榮，李 倩，劉俊飛，袁 建，鞠興榮

（南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210 023）

發(fā)芽糙米的富硒及其微波干燥與擠壓膨化工藝優(yōu)化

何 榮，李 倩，劉俊飛，袁 建，鞠興榮

（南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210 023）

以普通粳稻為原料，探討了發(fā)芽糙米的富硒效果和微波干燥、擠壓膨化對富硒發(fā)芽糙米營養(yǎng)品質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硒質(zhì)量濃度為10 mg/L時，可以獲得較高質(zhì)量的富硒發(fā)芽糙米，此條件下糙米的發(fā)芽率為97.9%，有機(jī)硒含量為977.6 μg/kg（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.5%），γ-氨基丁酸含量為445.9 mg/kg；40 ℃的低溫微波干燥有利于保持發(fā)芽糙米的硒和γ-氨基丁酸含量；擠壓膨化產(chǎn)品中有機(jī)硒和γ-氨基丁酸的含量與原糙米相比，分別提高到其29 倍和5 倍。研究認(rèn)為，亞硒酸鈉可以作為富硒試劑實現(xiàn)發(fā)芽糙米的有效富硒，富硒發(fā)芽糙米可以用于開發(fā)相關(guān)的營養(yǎng)膨化食品。關(guān)鍵詞：發(fā)芽糙米；富硒；γ-氨基丁酸；微波干燥；擠壓膨化

硒是人體必需的微量元素，具有抗氧化、保護(hù)視器官、解毒和排毒、防治肝病等生物功能[1-2]。硒缺乏會導(dǎo)致肝癌、腫瘤、心腦血管、克山病等疾病的發(fā)生[3-4]。另外，由于體內(nèi)不存在長期貯藏硒的器官或組織，必須從飲食中不斷的獲取才能滿足機(jī)體對硒的需求[5]。同時由于我國大部分地區(qū)土壤缺乏硒元素，以營養(yǎng)強(qiáng)化的方式富硒可以保證缺硒地區(qū)對硒元素的攝入量。

糙米在一定的工藝條件下發(fā)芽，會激活相關(guān)生物酶，將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒[6]，同時也會提高營養(yǎng)因子γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的含量[7]。目前，關(guān)于發(fā)芽糙米的研究主要通過工藝優(yōu)化實現(xiàn)單獨的硒或者GABA的有效富集[8-9]。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上，充分考慮開發(fā)糙米產(chǎn)品須經(jīng)過干燥和膨化工藝，著重探討了干燥和膨化工藝對富硒發(fā)芽糙米的營養(yǎng)品質(zhì)影響，為營養(yǎng)糙米產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷（武運粳） 南京遠(yuǎn)望富硒農(nóng)產(chǎn)品有限公司；GABA標(biāo)準(zhǔn)品、4-氯-3′5-二硝基三氟甲苯 美國Sigma公司；硒標(biāo)準(zhǔn)溶液 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；亞硒酸鈉 西亞試劑公司；XBridge C18反相柱 美國Waters公司；乙腈、甲醇（均為色譜純）、硝酸、鹽酸（均為優(yōu)級純）、其他均為分析純 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JLGJ4.5型檢驗壟谷機(jī) 臺州市糧儀廠；PQX型多段可編程人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠；MCR-3微波化學(xué)反應(yīng)器 西安予輝儀器有限公司；FW100型高速萬能粉碎機(jī) 天津泰斯特儀器有限公司；THZ-D臺式恒溫振蕩器 太倉市強(qiáng)樂實驗設(shè)備有限公司；TDL-5-A飛鴿離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；Dionex Ultimate 3000高效液相色譜儀 美國Thermo Fisher公司；EXCEL微波消解儀 上海屹堯有限公司；AFS-933原子熒光光度計 北京吉天儀器有限公司；DSE20/40D雙螺桿擠壓膨化機(jī) 德國Brabender儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米發(fā)芽工藝

稻谷→脫殼→糙米→篩選（去除碎米、雜色米、未成熟米等）→蒸餾水洗3 次→消毒（1%次氯酸鈉溶液浸泡15 min）→蒸餾水洗4 次→浸泡→發(fā)芽（將糙米均勻置于鋪有一層濾紙的培養(yǎng)皿中，恒定溫度條件下發(fā)芽）→沖洗瀝干→干燥→置于4 ℃冰箱保存。

1.3.2 發(fā)芽糙米的富硒處理

在高GABA含量發(fā)芽糙米優(yōu)化工藝[10]基礎(chǔ)上進(jìn)行富硒。發(fā)芽條件：30 ℃浸泡13 h，浸泡液（pH 5.5）組成：L-谷氨酸鈉0.5 mg/mL、氯化鈣3.5 mmol/L、VB60.7 mg/mL。添加一定量的亞硒酸鈉于浸泡液中，使其亞硒酸鈉質(zhì)量濃度分別為0、2.5、5.0、10、20、40、80 mg/L，浸泡后30 ℃發(fā)芽24 h，微波干燥（1.3.3節(jié)）后測定發(fā)芽糙米中GABA和總硒含量。

1.3.3 富硒發(fā)芽糙米的微波干燥

選取微波干燥溫度為40、45、50、55、60 ℃，間隔一定時間取樣，測定總硒、GABA含量和水分含量變化情況，繪制干燥速率曲線，探討微波干燥對糙米中總硒和GABA含量的影響。

1.3.4 富硒發(fā)芽糙米的擠壓膨化

將富硒發(fā)芽糙米粉碎過80 目篩，調(diào)節(jié)水分含量至17%，采用雙螺桿擠壓膨化機(jī)進(jìn)行膨化，測定擠壓膨化對發(fā)芽糙米中總硒和GABA含量的影響。擠壓膨化參數(shù)：螺桿轉(zhuǎn)速150 r/min，喂料速率16 r/min，膨化溫度Ⅰ區(qū)60 ℃、Ⅱ區(qū)90 ℃、Ⅲ區(qū)130 ℃、Ⅳ區(qū)130 ℃、Ⅴ區(qū)150 ℃。

1.3.5 硒含量的測定

參照GB 5009.93—2010《食品中硒的測定》[11]和DB 3301/T 117—2007《稻米中有機(jī)硒和無機(jī)硒含量的測定：原子熒光光譜法》[12]方法分別測定樣品總硒和有機(jī)硒的含量。以有機(jī)硒含量和總硒含量的比值表示有機(jī)硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.6 GABA含量的測定

參照蔣旭玲[13]的方法測定GABA含量，略有改進(jìn)。色譜柱：Waters XBridge C18（4.6 mm×250 mm，5 ?m）；流動相：A，乙腈-水（1∶1，V/V），B，0.05 mol/L的醋酸鹽緩沖液（pH 6.8）；檢測波長：238 nm；柱溫：30 ℃；進(jìn)樣量：20 ?L。梯度洗脫程序見表1。

表1 梯度洗脫程序表Table1 Gradient elution programogram

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、Duncan多重比較，顯著差異選用P＜0.05。每組實驗重復(fù)3 次，結(jié)果均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 富硒對糙米發(fā)芽及有機(jī)硒和GABA含量的影響

表2 Na2Na2SeOSeO3對糙米發(fā)芽以及GABA和硒含量的影響Table2 Effect of NaofNa2SeOSeO3concentration on germination rate and the thecontents of GABA and selenium in brown rice rice

由表2可見，在0～20 mg/L的低質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，隨著硒質(zhì)量濃度的增加，發(fā)芽率有升高趨勢，平均芽長及發(fā)芽糙米表面無明顯變化；20 mg/L的硒質(zhì)量濃度條件下，糙米的發(fā)芽率到達(dá)最高值（98.1%）。硒質(zhì)量濃度為40 mg/L時，胚芽部位有輕微紅染現(xiàn)象出現(xiàn)，姜云等[14]的研究也觀察到了這種現(xiàn)象。當(dāng)硒質(zhì)量濃度達(dá)到80 mg/L時，大部分米粒胚芽會出現(xiàn)紅染、米粒表面斑點增多等現(xiàn)象，致使發(fā)芽率顯著降低（P＜0.05），平均芽長縮短，嚴(yán)重影響其食用品質(zhì)。這種現(xiàn)象可能是由于硒在植物體內(nèi)積累過量引起的毒害作用造成的[15]。

硒是機(jī)體必需的微量礦物質(zhì)營養(yǎng)素，機(jī)體對于無機(jī)態(tài)的硒吸收利用率較低，對有機(jī)態(tài)的硒吸收利用率可高達(dá)70%以上[16]。所以有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率是富硒效果的一個重要評價指標(biāo)。由表2可以看出，糙米中的總硒和有機(jī)硒含量與富硒質(zhì)量濃度具有顯著的正相關(guān)性，在硒質(zhì)量濃度達(dá)80 mg/L條件下，富硒后糙米中的總硒和有機(jī)硒含量分別高達(dá)（6 192.3±213.5） μg/kg和（4 165.2±106.3） μg/kg，是原糙米130倍和107倍；有機(jī)硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)從（81.9±1.1）%最高增加到了（98.6±1.0）%（硒質(zhì)量濃度5.0 mg/L），富硒效果較為顯著，同時也說明了發(fā)芽促進(jìn)了糙米中的硒從無機(jī)態(tài)向有機(jī)態(tài)的轉(zhuǎn)化[17]。當(dāng)硒質(zhì)量濃度超過20 mg/L時，雖然總硒和有機(jī)硒的含量仍然較高，但是有機(jī)硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻明顯下降（P＜0.05），甚至低于原糙米中的有機(jī)硒含量，原因可能是過高質(zhì)量濃度的亞硒酸鈉會對糙米產(chǎn)生毒害作用，抑制了糙米的發(fā)芽。姜云等[14]的研究結(jié)果也表明當(dāng)硒質(zhì)量濃度低于20 mg/L時，有機(jī)化程度都高達(dá)90%以上，但是當(dāng)質(zhì)量濃度超過20 mg/L時，有機(jī)化程度就明顯下降，而且胚芽出現(xiàn)紅染現(xiàn)象。

另一方面，隨著硒質(zhì)量濃度的升高，GABA含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢（表2）。硒質(zhì)量濃度為20 mg/L時，GABA含量達(dá)到最高值，為455.6 mg/kg（是原糙米的7.3 倍），隨后逐漸降低，原因可能是低質(zhì)量濃度的亞硒酸鈉溶液促進(jìn)了糙米的發(fā)芽，而當(dāng)質(zhì)量濃度過高時，抑制了糙米的發(fā)芽以及相關(guān)的酶促反應(yīng)[18]。王傳梁等[19]將富硒發(fā)芽糙米的GABA含量提高了1.5 倍，而本研究硒質(zhì)量濃度為10 mg/L時發(fā)芽糙米中GABA含量為糙米的7.2 倍，由此看出，本研究中的富硒工藝不僅可以實現(xiàn)硒的富集，還可以提高糙米GABA含量。糙米雖然在一定的質(zhì)量濃度條件下對環(huán)境硒具有很強(qiáng)的富集能力，但是根據(jù)《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量速查手冊》標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)體的最高可耐受硒攝入量為450 μg/d[20]，因此，綜合考慮硒的安全攝入量、有機(jī)硒的比例、發(fā)芽情況和GABA含量，認(rèn)為硒質(zhì)量濃度為10 mg/L時，可以獲得較高質(zhì)量的富硒發(fā)芽糙米，此條件下糙米發(fā)芽率為（97.9±0.4）%，總硒含量為991.8 μg/kg，有機(jī)硒含量為977.6 μg/kg（質(zhì)量分?jǐn)?shù)（98.5±3.1）%），GABA含量為445.9 mg/kg。

2.2 微波干燥對富硒發(fā)芽糙米的影響

圖1 微波干燥對富硒發(fā)芽糙米水分含量的影響Fig.1 Effect of microwave drying on moisture content in germinated brown rice

富硒糙米發(fā)芽后，水分含量相對較高，需進(jìn)行干燥使其含水量達(dá)到安全貯存標(biāo)準(zhǔn)（14±0.5）%[21]。圖1顯示了微波干燥溫度對發(fā)芽糙米含水量的影響。干燥前期，隨著微波溫度的升高，糙米失水速率較大，之后失水逐漸緩慢；同時隨著干燥溫度的升高，所需干燥時間急劇縮短，40、45、50、55、60 ℃的微波干燥將糙米水分含量降至（14±0.5）%所需的時間分別為205、75、55、40 min和30 min。楊靖東等[22]研究發(fā)現(xiàn)，最佳熱風(fēng)干燥溫度為50 ℃時，干燥需要170 min，但是本研究在同等溫度條件下微波干燥只需55 min即可，說明微波干燥與熱風(fēng)干燥相比具有明顯優(yōu)勢。

圖2 微波干燥對富硒發(fā)芽糙米GABA含量的影響Fig.2 Effect of microwave drying on the content of GABA in germinated brown rice

在上述干燥時間條件下，干燥后發(fā)芽糙米中的GABA含量變化如圖2所示。隨著干燥溫度的升高，GABA含量呈現(xiàn)下降趨勢，干燥溫度從40 ℃升高到60 ℃導(dǎo)致GABA含量從（449.7±10.4） mg/kg下降到了（334.26±5.6） mg/kg，降低了約25%，原因是高溫使GABA發(fā)生了降解或者與還原糖發(fā)生了美拉德反應(yīng)[23]。楊靖東等[22]研究發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥溫度從50℃上升至60℃時，GABA含量降低了約30%，而本研究微波干燥從50 ℃上升至60 ℃時僅降低約15%，說明微波干燥對發(fā)芽糙米中GABA含量影響較小。

圖3 微波干燥對富硒發(fā)芽糙米有機(jī)硒含量的影響Fig.3 Effect of microwave drying on the content of organic selenium in germinated brown rice

高溫微波干燥也導(dǎo)致了糙米中有機(jī)硒含量及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降，有機(jī)硒含量及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)與微波干燥溫度具有負(fù)相關(guān)性（圖3）。40 ℃條件下干燥后，糙米中有機(jī)硒含量及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降不大，分別為（1 411.4±14.9） μg/kg和（92.5±1.2）%，而60℃條件下干燥后，該值降低到（953.1±14.1） μg/kg和（88.9±2.5）%，原因可能是高溫導(dǎo)致了硒有機(jī)物的變性、分解或部分蒸發(fā)[24-25]，例如，高溫條件下硒代氨基酸受裂解酶的作用而降解，形成揮發(fā)性物質(zhì)[26]。因此，研究認(rèn)為，40 ℃的低溫微波干燥有利于保持富硒發(fā)芽糙米的GABA和有機(jī)硒含量，而實際生產(chǎn)中也可參考采用45 ℃的微波干燥工藝（干燥時間相對較短，并且糙米營養(yǎng)損失較少）。

2.3 擠壓膨化對富硒發(fā)芽糙米的影響

擠壓膨化是開發(fā)糙米相關(guān)產(chǎn)品重要加工技術(shù)，而擠壓膨化也可能會改變糙米的營養(yǎng)品質(zhì)。在高溫、高壓、高剪切力條件下，擠壓確實造成了富硒發(fā)芽糙米的營養(yǎng)損失，膨化后富硒發(fā)芽糙米中的GABA和有機(jī)硒含量以及有機(jī)硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別下降了約30%、20%和4%（表3）。韓永斌等[27]研究發(fā)現(xiàn)發(fā)芽糙米經(jīng)膨化后，GABA含量由360 mg/kg增加至390 mg/kg，而本研究結(jié)果顯示，擠壓后GABA含量明顯降低，其原因可能是不同原料與加工條件所致。雖然微波干燥和擠壓膨化工藝造成了富硒發(fā)芽糙米的營養(yǎng)損失，但是終產(chǎn)品的GABA、有機(jī)硒含量以及有機(jī)硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍然高達(dá)（311.87±9.8）mg/kg、（1129.1±11.8） μg/kg和（88.4±1.7）%，分別是原糙米的5、29倍和1.1倍，充分說明了富硒的有效性和富硒發(fā)芽糙米的營養(yǎng)價值。

表3 擠壓膨化對糙米中GABA和硒的影響Table3 Effect of extrusion on the contents of GABA and organic selenium in germinated brown rriiccee

3 結(jié) 論

本研究以普通粳稻為原料，充分探討了發(fā)芽糙米的富硒效果，以及微波干燥、擠壓膨化對富硒發(fā)芽糙米的影響，研究發(fā)現(xiàn)硒質(zhì)量濃度10～20 mg/L范圍內(nèi)，富硒效果較好；考慮硒的安全攝入量及GABA含量等因素，認(rèn)為硒質(zhì)量濃度為10 mg/L時，可以獲得較高質(zhì)量的富硒發(fā)芽糙米，此條件下糙米發(fā)芽率為（97.9±0.4）%，總硒含量為991.8 μg/kg，有機(jī)硒含量為977.6 μg/kg（質(zhì)量分?jǐn)?shù)（98.5±3.1）%），GABA含量為445.9 mg/kg。此外，高溫微波干燥和擠壓膨化都會造成發(fā)芽糙米中硒和GABA含量的減少，但是研究發(fā)現(xiàn)40 ℃的低溫微波干燥有利于保持發(fā)芽糙米的硒和GABA含量；盡管干燥和膨化工藝造成了富硒發(fā)芽糙米的營養(yǎng)損失，但是糙米經(jīng)發(fā)芽、富硒、干燥和膨化等工藝處理后，產(chǎn)品中有機(jī)硒和GABA的含量仍然提高到了原料糙米的29 倍和5 倍，富硒效果良好。因此，亞硒酸鈉可以作為富硒試劑實現(xiàn)發(fā)芽糙米的有效富硒，富硒發(fā)芽糙米可以用于開發(fā)相關(guān)的營養(yǎng)糙米產(chǎn)品。

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Selenium Enrichment Microwave Drying and Extrusion Puffing of Germinated Brown Rice

HE Rong LI Qian LIU Junfei YUAN Jian JU Xingrong
(College of Food Science and Engineering Nanjing University of Finance amp Economics Nanjing 210023′China)

The efficiency of selenium (Se enrichment in germinated brown rice from the japonica cultivar ‘Wu Yun Jing was investigated as well as and the effects of microwave drying and extrusion puffing on the nutritional quality of Se-enriched brown rice Satisfactory results were obtained when brown rice was soaked in 10 mg/L sodium selenite and then allowed to germinate Under this condition the germination rate of brown rice was 97.9%′and the contents of organic selenium and γ-aminobutyric acid (GABA were 977.6 μg/kg (the proportion of organic selenium was 98.5%) and 445.9 mg/kg respectively Low temperature microwave drying at 40 ℃ had a positive effect on maintaining the contents of selenium and GABA in germinated brown rice The contents of organic selenium and GABA in germinated brown rice were increased by 29 and 5 times respectively after extrusion when compared to those of the ungerminated brown rice This study suggested that sodium selenite could enable selenium accumulation in germinated brown rice and that Se-rich germinated brown rice might be used to develop some relevant nutritious puffed foods.

germinated brown rice selenium enrichment; γ-aminobutyric acid microwave drying extrusion

TS201.1

A

1002-6630（2015）06-0082-04

10.7506/spkx1002-6630-201506015

2014-10-16

江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金——前瞻性聯(lián)合研究項目（BY2012037）；江蘇省技術(shù)創(chuàng)新項目（CX（12）3086）

何榮（1983—），男，講師，博士，研究方向為植物油脂、蛋白質(zhì)工程。E-mail：rong.he@njue.edu.cn